العوامل المؤثرة في طاقة الوضع
- يوجد العديد من العوامل التي تؤثر على الطاقة الوضعية، فالطاقة الحركية هي الطاقة المتحركة، بينما تمثل الطاقة الكامنة الطاقة التي لم تتحرك بعد، وينتج الجسم الطاقة الحركية عند الحركة بسبب الجاذبية .
- تتأثر الطاقة الحركية بكتلة الجسم وسرعته ، فمثلا إذا تعرضت كنيسة آيا صوفيا لزلزال عنيف فإن الحركة التي أحدثها هذا ستكون مثالاً على الطاقة الحركية ، ولقد تم تصميم هيكله ليكون خفيف الوزن ومرنًا بقدر بحجمه الهائل ، من خلال تقليل كتلتها حرص من أسس آيا صوفيا على قدرتها على مقاومة الزلازل التي دمرت المباني المحيطة بها ، فلقد كان الزلزال بقوة 6 . 5 درجة ، ويتضاعف كتلة آيا صوفيا بالسرعة التي يسببها الزلزال الطاقة الحركية الناتجة عن الزلزال .
- فالطاقة الكامنة تختلف قليلاً، إذ أنها الطاقة التي يمكن للجسم توليدها، وتحدد الطاقة المنتجة بشكل مشابه للحركة وغالبًا ما يعتمد ذلك على كتلة الجسم وسحب الجاذبية عند المنحدرات للأعلى أو الأسفل وارتفاع النقطة المرجعية .
الاختلاف بين الطاقة الحركية وبين الطاقة الكامنة
- الاختلاف بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة يكمن في العوامل والعوامل المؤثرة في طاقة الوضع .
- فيمكن أن تتأثر الطاقة الحركية بالسرعة ولكن لا يمكن أن تتأثر الطاقة الكامنة بالنقطة المرجعية كقمة الجرف ، فإذا كانت هناك صخرة على طرف منحدر يمكن للريح أن تحركها بشكل طفيف بحيث يمكن أن تنهار ، وتكون طاقة الصخرة كامنة حتى يتم تحريكها بحيث تتدحرج إلى أسفل التل لأنها حركية ، وتتأثر بكل من عوامل الطاقة الحركية والوضعية .
- الطاقة الحركية هي الطاقة التي تنتجها الحركة بينما الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يمكن إنشاؤها بالحركة ، وبينما تظل بعض العوامل ثابتة لكليهما فإن التمييز بينهما هو أن الطاقة الحركية لها عامل لا تمتلكه الطاقة الكامنة وهو السرعة ، فيمكن أن تتأثر الطاقة الكامنة بالنقطة المرجعية للجسم .
- يعكس مستوى الطاقة المحتملة في الجسم أو استقراره في ظروف طبيعية مثل درجة الحرارة والضغط القياسي، فالعلاقة هنا عكسية .
- كلما زادت الطاقة الكامنة، انخفض استقرار النظام والعكس صحيح.
أمثلة على التفاعلات الجماعية
التفاعلات الجماعية تتضمن أمثلة مثل التأثيرات الستريكية، حيث تقترب المجموعات الضخمة من بعضها البعض ويتم إدخال مصدر إجهاد في النظام، مما يؤدي إلى ارتفاع الطاقة الكامنة، وتتأثر طاقة الوضع بعوامل مختلفة .
أمثلة على التفاعلات الإلكترونية
تشمل أمثلة على التفاعلات الإلكترونية تنافر الروابط التساهمية وأزواج الإلكترون المنفردة التي تضطر الجزيء إلى اكتساب هندسة محددة تجعل كل هذه الكيانات بعيدة عن بعضها البعض قدر الإمكان ، وذلك يتأثر بالعوامل التي تؤثر على طاقة الوضع.
أمثلة على تفاعلات الشحنة الكهروستاتيكية
- تتمثل أمثلة على تفاعلات الشحنة الكهروستاتيكية في هياكل الرنين، حيث تتجمع الشحنات المتشابهة بالقرب من بعضها البعض، ويؤدي التنافر بين الشحنات المتشابهة إلى زيادة الطاقة الكامنة للهيكل، مما يجعله مساهمًا ثانويًافي الهجين .
- من ناحية أخرى، يحدث عملية الذوبان عندما تتفاعل جزيئات المذيب مع جزيئات ثنائيات الأقطاب الموجودة في المذيب، ولكن عندما تكون هذه الجزيئات ذات إشارة معاكسة، يحدث تفاعل معاكس يعمل على استقرار النظام ويقلل من طاقته الكامنة .
- أما الترابط الهيدروجيني هو تفاعل مشابه يضيف ثباتًا للترتيبات الهيكلية مثل حلزون الحمض النووي والعديد من البروتينات ، فيعمل الرنين على إلغاء تحديد موقع الشحنة الإلكترونية وعلى استقرار النظام عن طريق نشر الشحنات والإلكترونات على مساحة أكبر مقارنة بالنظام الذي يتم فيه توطين الإلكترونات والشحنات ، وإلغاء تحديد الموقع يقلل من الطاقة الكامنة للنظام ، وتتشكل العديد من الروابط الكيميائية لأن عملية تكوين الرابطة تقلل من طاقة النظام مقارنة بالذرات المعزولة .
من الذي اكتشف الطاقة الكامنة وما أنواعها وما هو تعريفها؟
- اكتشف المهندس والفيزيائي الأسكتلندي ويليام رانكين الطاقة الكامنة في القرن التاسع عشر، وحدد أنواعًا مختلفة من الطاقة الكامنة، ويرتبط كل نوع منها بنوع مميز من القوة، وتحدث هذه الطاقة بسبب موقع الجسم بالنسبة للأشياء الأخرى .
- تعرف الطاقة الكامنة بأنها الطاقة التي يخزنها الجسم نتيجة لوضعه في حالة القوس والسهم، حيث يتم تخزين كمية من الطاقة عند سحب القوس وهذه الطاقة تستخدم في الحركة عند إطلاق السهم، وبالتالي فإن الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يحتفظ بها الجسم بسبب موقعه النسبي للأشياء الأخرى أو شحنته الكهربائية أو عوامل أخرى .
- على سبيل المثال، عندما يتم إزاحة الزنبرك عن موضع توازنه، فإنه يكتسب كمية من الطاقة التي نلاحظها في شكل إجهاد يشعر به يدينا عند شد الزنبرك. وبهذا يكون تعريف الطاقة الكامنة هو أنها شكل من أشكال الطاقة التي تنتج عن تغيير وضعها أو حالتها .
أنواع الطاقة الكامنة
هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الكامنة وهما :
يشير طاقة الجاذبية الكامنة إلى الطاقة التي يمتلكها جسم ما عندما يرتفع إلى ارتفاع معين بفعل الجاذبية، وتسمى أيضًا طاقة وضع الجاذبية .
مثال على الطاقة المحتملة
هذا مثال على الطاقة المحتملة، ومن المهم أن نلاحظ أن طاقة الجاذبية لا تعتمد على المسافة التي يقطعها الجسم، بل على الفرق في الارتفاع بين البداية والنهاية. وبناء على ذلك، لا يتم احتساب المسار الذي قطعه الجسم للوصول إلى هذا الارتفاع أبدا. على سبيل المثال، ستكون الطاقة الكامنة للجاذبية لكل من الجسمين A و B هي نفسها .
تعريف الطاقة الكامنة المرنة
- تعريف الطاقة الكامنة المرنة هو الطاقة المخزنة في الأشياء التي يمكن ضغطها أو شدها مثل الأربطة المطاطية والترامبولين وحبال البنجي ، فكلما زادت قدرة الجسم على التمدد والاستطالة زادت بعدها ونتيجة لهذا مرونة طاقته الكامنة ولقد تم تصميم العديد من الأشياء خصيصًا لتخزين الطاقة الكامنة المرنة مثل ما يلي من أشياء :
- شريط مطاطي ملتوي يستخدم لتشغيل طائرات اللعب.
- قوس آرتشر ممدود .
- لوحة غواص محنية قبل أن يغوص الغواص فيها.
- لفائف الربيع لساعة الرياح .
- عادة ما يكون للجسم الذي يحتفظ بالطاقة المخزنة المرنة، حد عالٍ ومرتفع من المرونة والاستطالة. ومع ذلك، فإن جميع الأجسام المرنة لديها حدًا وقدرًا للحمولة التي يمكنها تحملها، وإذا تشوهت خارج حدود المرونة، فلن يعود الشيء إلى شكله الأصلي .
العوامل المؤثرة في طاقة الحركة
العوامل المؤثرة في طاقة الحركة هي ما يلي :
الطاقة الحركية هي الطاقة التي تنتجها الحركة السريعة، وتعتمد على الجاذبية وكتلة الجسم وسرعته .
قانون الطاقة الحركية
قانون الطاقة الحركية هو ما يلي :
- الطاقة الحركية لجسم ما تساوي نصف حاصل ضرب كتلته في مربع سرعته، v، أو 1/2mv2. هذه الصيغة صالحة فقط للسرعات المنخفضة إلى العالية نسبيا بالنسبة للجسيمات ذات السرعات العالية. عندما تصبح السرعة للجسم شبه سرعة الضوء أو أعلى، تنتج قيما صغيرة جدا نظرا لزيادة كتلته.
- ويجب استخدام قوانين النسبية ، فالطاقة الحركية تساوي الزيادة في كتلة الجسيم عن تلك التي لديها في حالة السكون مضروبة في مربع سرعة الضوء ، ووحدة الطاقة في نظام متر كيلوجرام ثانية هي الجول لكن تُستخدم وحدات الطاقة الأخرى أيضًا مثل الوحدة الأصغر ، وهي الإلكترون فولت ، على المقياس الذري ودون الذري .
- الطاقة الحركية الدورانية تساوي نصف حاصل ضرب لحظة القصور الذاتي ومربع السرعة الزاوية، أو 1